| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės |

2000 m. Vasara
turinys

Mobilusis ryšys
· GPS navigacinė sistema be SA klaidinimo
· Žinutės
· Kosminis sinchronizavimas
· Kalbėti ar siųsti duomenis?
· Kosminio kelto lazeris matuos vėjo greitį atmosferoje

Sauga
· Įvadas į viešojo rakto kriptografiją
· Žinutės
· Internete nieko nepaslėpsi
· „Laptopai“ paslapčių nesaugo
· Nėra saugus ir palydovinis ryšys
· Ar jūsų telefonas neužkrėstas?
· Visiškai slaptai

Atminties įtaisai
· Kaip išvengti duomenų kamščių atmintinėse?

ALCATEL
· Hometop
· Linerunner

Optinis ryšys
· Ramano stiprintuvai
· Žinutės
· Nauji skaiduliniai optiniai stiprintuvai

Istorija
· Bipoliam tranzistoriui 50 metų

· Sumanios bendruomenės
· Žinutės

Internetas
· Žinutės

Elektronika
· Didėjantis integravimo laipsnis reikalauja naujų procesų ir naujų metodų
· Pono Gerojo Oksido beieškant

· Žinutės
· Puslaidininkinių prietaisų ir jų gamybos įrangos gamintojai bando susikalbėti tarpusavyje
· Deimantų reikšmė technologijoje auga
· Laikraščiams dar liko gyventi maždaug dvidešimt metų
· Kondensatoriai, skirti energijos kaupimui

Bipoliam tranzistoriui 50 metų

Tranzistorių istorija prasidėjo nuo taškinio tranzistoriaus. Greitai po to buvo žengti du patys svarbiausi žingsniai: 1950 m. sukurtas užaugintojo bipolio tranzistoriaus variantas, o 1952 m. - legiruotasis bipolis tranzistorius. Šitaip prasidėjo tolesnių išradimų griūtis.

   1947 m. gruodžio 23 d. Bell'o laboratorijų vadovybei buvo pademonstruota eksperimentinė schema, kuri vėliau pakeitė ne tik elektroniką, bet ir visą mūsų laikmetį. Toje schemoje buvo taškinis tranzistorius, galėjęs stiprinti ir elektros įtampą, ir galią dažnių juostoje, kurios plotis siekė 1 kHz. To renginio dalyviai pirmieji pasaulyje galėjo išgirsti garso signalus, sustiprintus puslaidininkinio prietaiso.

   1 pav. Šis maketas buvo naudojamas 1947.12.23 pirmąkart demonstruojant tranzistorinį efektą. U raidės formos blokas iš plastiko yra apie 5 cm aukščio.

   1 pav. yra parodytas tas eksperimentinis įrenginys, tapęs pagrindu vėliau pradėtiems taikyti taškiniams tranzistoriams. Taškiniai keleto variantų tranzistoriai buvo kurti keliems specifiniams taikymams. Pradžioje svarbiausiasis jų užsakovas buvo Amerikos kariškiai. Pavyzdžiui, 1952 m. General Electric, Raytheon, RCA ir Sylvania kas savaitę kariškiams pateikdavo apie 5000 taškinių tranzistorių.

   Pradėta intensyviau tirti ne tik tranzistorių gamybos technologiją, bet ir jų fizikines savybes. Daug dėmesio skirta ribinio dažnio didinimui. Jau 1952 m. taškiniai tranzistoriai leido pagaminti 300 MHz dažnio generatorių.

   Nors taškinio tranzistoriaus pasirodymą galima laikyti pradiniu impulsu tolesniam puslaidininkių tyrimui, bet jis pats nebuvo ypatingai geras komponentas nei vertinant jo parametrus, nei gamybos technologiją. Aiškūs jo pranašumai - mažumas ir nedidelė sunaudojama galia. Bet taškinio tranzistoriaus stabilumas ir triukšmų lygis buvo labai prasti. Be to, jis labai jautrus mechaniniams poveikiams, pavyzdžiui, vibracijoms. Galiausiai jo gamybos procesai netiko didelėms serijoms.

   Todėl toliau pažanga lyg ir paliko taškinį tranzistorių nuošalyje ir po dešimtmečio tokių prietaisų praktiškai neliko.

   Šioje vietoje verta pažymėti, jog kalbant apie taškinio tranzistoriaus atsiradimą dažniausiai yra minimos trys pavardės: Williamo Schockley, Johno Bardeeno ir Walterio Brattaino. (Visi trys 1956 m. gavo Nobelio fizikos premiją.) Bet atrodo, kad arčiausiai tranzistoriaus buvo du pastarieji, Bardeenas, matyt, daugiau atliko teorinį darbą (1972 m. jis gavo dar vieną Nobelio premiją - šįkart už superlaidumo teorijos sukūrimą), o Brattainas buvo talentingas eksperimentatorius.

   Vadovavęs šiai grupei Schockley daug kartų labai skeptiškai atsiliepė apie taškinį tranzistorių ir pats daugiau pastangų skyrė lauko tranzistoriaus kūrimui. Bet čia jam kelią užtvėrė 1933 m. vokiškas patentas (išduotas Juliui Lilienfeldui už dar 1925 m. pasiūlytą MOSFET idėją). Reikia paminėti, kad kitas vokietis, R.W. Pohlis. bandė pagaminti tokį „kristalinį stiprintuvą“ dar 1938 metais.

   Bet Schockley pirmasis įžvelgė potencialias puslaidininkių technologijos galimybes. Tarp jo svarbiausiųjų nuopelnų puslaidininkių technikai reikia paminėti tai, kad jis pirmasis:

  • suprato nepagrindinių krūvininkų svarbą puslaidininkių savybėms;
  • sukūrė p-n sandūros darbo teoriją;
  • sukūrė teoriją, kuri paaiškina, kas vyksta tuomet, kai nepagrindiniai krūvininkai yra injektuojami į tiesiogine arba užtvarine kryptimi įjungtas p-n sandūras.

2 pav. JAV patentas, išduotas Schockley 1950 metais.

   Schockley taip pat puikiai matė ateities perspektyvas. Būtent jo dėka Bell'as užsitikrino visus pagrindinius puslaidininkių srities patentus. Jis pats pateikė tiek daug puslaidininkių technikos patentų (2 pav. pavaizduotas vienas iš jų - „vienataškis tranzistorius“), kad kitiems išradėjams buvo sunku rasti mažiausią landą.

Bipolis tranzistorius

   Bet Schockley galvoje sukosi daugybė kitų idėjų. Labai svarbi buvo vadinamojo „sandūrinio tranzistoriaus“ (angl. Junction transistor, dabar dažniau naudojamas „bipolio tranzistoriaus“ terminas) idėja. Tokiame tranzistoriuje yra dvi skirtingų medžiagos sluoksnių sudarytos p-n sandūros. Jos pakeitė taškiniame tranzistoriuje esančias sandūras tarp kristalo paviršiaus ir dviejų metalinių vielelių. Tokio tranzistoriaus idėja Schockley gimė praėjus vos mėnesiui po pirmųjų bandymų su taškiniais tranzistoriais. Vis dėlto puslaidininkių technologija tuomet dar buvo per mažai išvystyta ir negalėjo susidoroti su tokio tranzistoriaus gamyba. Pradžioje dar reikėjo sukurti būdus ir įrangą, leidžiančią užauginti puslaidininkių kristalus ir juos tiksliai legiruoti įvairiomis priemaišomis.

3 pav. Sena pirmojo sandūrinio tranzistoriaus fotografija.

   Tam prireikė laiko, todėl tik 1950 m. balandžio mėnesį technologijoje buvo pasiekta tiek, kad sandūrinis tranzistorius jau tapo realybe. Jis buvo gaminamas iš germanio kristalo; tranzistorius buvo n-p-n tipo ir sukurtas auginant medžiagą su būtent taip legiruotais sluoksniais. 1950 m. balandžio 20 d. Schockley ir jo kolegos M. Sparksas ir G. Tealas pademonstravo pirmąjį bipolį tranzistorių, parodytą 3 ir 4 pav. Svarbu pažymėti, kad šio tranzistoriaus savybės labai gerai atkartojo tai, ką numatė Schockley sukurtoji teorija.

4 pav. Principinė sandūrinio tranzistoriaus kristalo sandara.

   1950 m. yra įdomūs dar vienu požiūriu. Tais metais Schockley išleido knygą „Elektronai ir skylės puslaidininkiuose“, greitai tapusią visų svarbiausia mokslininkų ir inžinierių, besidarbuojančių puslaidininkių srityje, knyga. Galiausiai reikia pastebėti, kad užaugintieji bipoliai tranzistoriai imti gaminti serijiniu būdu 1952 metais.

Tolesni darbai

   Nors užaugintasis bipolis tranzistorius buvo labai svarbus žingsnis į priekį, jis vis viena dar netiko masinei gamybai. Aišku, jis jau buvo gerokai stabilesnis ir turėjo geriau prognozuojamas elektrines savybes nei taškinis tranzistorius. Bet tokių tranzistorių gamyba buvo susijusi su didžiulėmis medžiagos sąnaudomis. Iš viso kristalo tranzistoriams tikdavo tik plona plokštelė. Be to, daug problemų kildavo gaminant elektrinius kontaktus. Kontaktai buvo lituojami panaudojant plonas ir palyginti ilgas vielytes. Jų varža neleido naudoti tranzistoriaus perjungiklio režime.

Legiruotasis tranzistorius

   Tais pat 1952-aisiais metais, kai serijiniu būdu pradėti gaminti užaugintieji tranzistoriai, buvo žengtas dar vienas svarbus žingsnis. J.E. Saby iš General Electric pranešė sukūręs pirmąjį legiruotąjį bipolį tranzistorių (angl. alloy junction transistor).

5 pav. Legiruotojo bipolio tranzistoriaus principinis vaizdas. Paveikslėlyje yra pavaizduotas tranzistoriaus skersinis pjūvis.

   Pirmą tokį tranzistorių sudarė plona n-tipu legiruoto germanio plokštelė, kurios abiejose pusėse įlydyta po lašą indžio (žr. 5 ir 6 pav.). Tarp kiekvieno lašo ir plokštelės atsirasdavo tarpinės p-tipo sritys. Germanio plokštelė buvo bazė, o indžio lašai - emiterio ir kolektoriaus elektrodai. Kolektorius darytas didesnis negu emiteris. Šitaip pasiektas ir srovės stiprinimas, ir geros šiluminio laidumo savybės.

6 pav. Kitas 5 pav. pavaizduoto tranzistoriaus skerspjūvis.

   Šio tranzistoriaus parametrai žymiai geresni nei jo pirmtakų. Prie jo buvo nesunku prisijungti. Gaminant tranzistorių žymiai ekonomiškiau naudotos brangios puslaidininkinės medžiagos, be to, gamybos procesus jau galėta automatizuoti. Bet norint tokius tranzistorius naudoti aukštuose dažniuose, tekdavo n-tipo plokštelę padaryti labai ploną, o tokias plokšteles sunku kontroliuojamai legiruoti. Vis tik gana greitai išmokta pagaminti net 10 µm storio n-sritis, o tranzistorių ribinis dažnis pasiekė 10 MHz.

Legiravimas naudojant difuzijos procesus

   Legiruotasis tranzistorius tapo svarbiu visos tranzistorių technikos išeities tašku. Tapo aišku, kad norint padidinti jo ribinį dažnį, reikia sumažinti tą laiką, kurį nepagrindiniai krūvininkai užtrunka kirsdami bazės sluoksnį. Todėl visos pastangos buvo nukreiptos į tranzistorių su vis plonesniais bazės sluoksniais kūrimą.

7 pav. Paviršinio barjero tranzistoriaus principinis vaizdas.

   Pirmajai masiškai gaminti tranzistorius su plona, tiksliai kontroliuojamo storio baze pavyko kompanijai Philco, kuri sukūrė paviršinio barjero tranzistorių (žr. 7 pav.). Pažymėtina, kad tuo metu šio tipo tranzistoriai veikė labai aukštuose dažniuose – 100 MHz ir didesniuose.

8 pav. Difuzijos būdu legiruotas tranzistorius.

   Kita svarbi tyrimų linija buvo difuzijos būdu legiruoti tranzistoriai (žr. 8 pav.). Apie juos pirmą kartą 1954 m. pranešė mokslininkas, vardu C.A. Lee. Jis sukūrė procesą, leidusį p-tipo germanio kristalo paviršiuje sukurti arseno difuzijos būdu labai ploną bazės sluoksnį, o legiruojant aliuminiu, ir emiterio sluoksnį. Kartu su p-germanio kolektoriumi visa tai sudarė p-n-p tranzistorių. Jį gaminant buvo naudojama tik viena kristalo pusė, todėl buvo įmanoma pagaminti labai plonus bazės sluoksnius. Šioje konstrukcijoje taip pat buvo gaunama labai maža bazės ir kolektoriaus talpa, apie 1-3 pF. Šis tranzistorius turėjo puikias aukšto dažnio savybes. Jau vieni pirmųjų difuzinių tranzistorių leido pasiekti 500 MHz dažnį.


El. p.: info@elektronika.lt